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1、植物生理學,楊衛(wèi)民 主講 單位：呂梁高等?？茖W校生命科學系 職稱：教 授 電話：8248534（H) 8247356(O) 手機：13835817307 E-mail: ,緒 論,一、植物生理學的定義與內(nèi)容 二、植物生理學的產(chǎn)生與發(fā)展 三、植物生理學與農(nóng)業(yè)生產(chǎn),一、植物生理學的定義與內(nèi)容 (一)植物生理學的定義 植物生理學(plant physiology) 是研究植物生命活動規(guī)律、揭示 植物生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學。,,(二) 植物生理學的內(nèi)容,1.生長發(fā)育與形態(tài)建成2.物質(zhì)代謝與能量轉(zhuǎn)化3.信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導,1生長發(fā)育與形態(tài)建成,生長發(fā)育（growth and development）是植物

2、生命活動的外在表現(xiàn)，它主要包括了兩個方面：一是由于細胞數(shù)目的增加、細胞體積的擴大而導致的植物體積和重量的增加；二是由于新器官的不斷出現(xiàn)帶來的一系列肉眼可見的形態(tài)變化，即形態(tài)建成(morphogenesis），包括從種子萌發(fā)，根、莖、葉的生長，直到開花、結(jié)實、衰老、死亡的全過程。人類對植物生命活動的認識正是從對其生長發(fā)育的觀察和描述開始的，所謂“春華秋實”，“春發(fā)、夏長、秋收、冬藏”等等，便是人類對植物生長發(fā)育規(guī)律直觀認識的寫照。,2物質(zhì)代謝與能量轉(zhuǎn)化,在植物形態(tài)變化的背后，是肉眼難以觀察到的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化過程，而物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量轉(zhuǎn)化又緊密聯(lián)系，構(gòu)成統(tǒng)一的整體，統(tǒng)稱為代謝(metabolism)。

3、植物的代謝活動包括水分的吸收、運輸與散失；礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收、同化與利用；光合作用；呼吸作用；有機物的轉(zhuǎn)化、運輸與分配等方面。代謝過程歸根結(jié)底是運行于植物體內(nèi)的一系列生物化學和生物物理的變化，而生長發(fā)育則是代謝作用的綜合表現(xiàn)和最終結(jié)果。代謝作用是生命的基礎(chǔ)，代謝一旦停止，生命也就不復存在，生長發(fā)育更無從談起。某些代謝環(huán)節(jié)如果發(fā)生重大變化或遭到破壞，也必然會影響到生長發(fā)育。如有的植物由于合成赤霉素的某些基因缺失，赤霉素合成發(fā)生障礙，因而莖不能正常生長，變?yōu)椤鞍汀?；又如蘋果樹缺少微量元素鋅，便會影響生長素的生物合成，使新生葉不能展開，發(fā)生“小葉病”。,3信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導,信息傳遞（message

4、 transportation）和信號轉(zhuǎn)導（signal transduction）是植物生命活動的另一個重要方面。植物雖不像動物那樣具有發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)，但它生活在復雜多變的環(huán)境中，必須對環(huán)境的變化做出響應(yīng)，或順應(yīng)環(huán)境的有規(guī)律的變化，形成植物固有的生命周期，或?qū)揽岬沫h(huán)境條件進行適應(yīng)與抵抗，以保持物種的繁衍。這些反應(yīng)都是從“感知”環(huán)境條件的物理或化學信號開始的。在許多情況下，感知信息的部位與發(fā)生反應(yīng)的部位往往不是同一器官，這就需要感受器官將它所感受到的信息傳遞到反應(yīng)器官，并使后者發(fā)生反應(yīng)。如：進入秋季，夜長增加，這個物理信號如果被一年生短日植物的葉片所感受，便會在遠離葉片的莖頂端分生組織開始一

5、系列成花的生理準備,直至花芽形成和開花;而多年生落葉樹木的葉片，則會在夜長增加的這一物理信號誘導下發(fā)生葉柄離層的形成和脫落、枝條進入休眠狀態(tài)等一系列生理反應(yīng)。,各種外部信號影響植物的生長發(fā)育,返回,二、植物生理學的產(chǎn)生和發(fā)展,第一階段：植物生理學的孕育階段 第二階段：植物生理學誕生與成長 的階段 第三階段：植物生理學發(fā)展、分化 與壯大階段,第一階段：植物生理學的孕育階段,這一階段從1627年荷蘭人凡海爾蒙（J.B.van Helmont）做柳枝實驗開始，直到19世紀40年代德國化學家李比希（J. von Liebig）創(chuàng)立植物礦質(zhì)營養(yǎng)(minerral nutrient)學說為止，共經(jīng)

6、歷了200多年的時間。,第二階段：植物生理學誕生與成長的階段,這一階段從1840年李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學說的建立到19世紀末德國植物生理學家薩克斯(J. Sachs)和他的學生費弗爾(W. Pfeffer)所著的兩部植物生理學專著問世為止，經(jīng)過了約半個世紀的時間。,薩克斯，J.von Julius von 費弗爾（W. Pfeffer） Sachs (18321897),,至19世紀末20世紀初，薩克斯和費弗爾在全面總結(jié)了植物生理學以往的研究成果的基礎(chǔ)上，分別寫成了植物生理學講義(J. Sachs, 1882)和三卷本的專著植物生理學(W. Pfeffer,1897),成為影響達數(shù)十年之久的植物

7、生理學經(jīng)典著作和植物生理學發(fā)展史中的重要里程碑。這兩部著作的問世，意味著植物生理學終于從它的母體植物學中脫胎而出，獨立成為一門新興的學科。,第三階段：植物生理學發(fā)展、分化與壯大階段,20世紀是科學技術(shù)突飛猛進的世紀，也是植物生理學快速壯大發(fā)展的世紀。 20世紀以來，特別是50年代以來，植物生理學的研究在微觀、個體和宏觀三個層次上都發(fā)生了巨大的變化，獲得了許多重大突破。 微觀方面，通過對生物膜結(jié)構(gòu)與功能的研究，提出并確定了膜的“流動鑲嵌”模型：以類脂為主要成分構(gòu)成的雙層膜上鑲嵌著各種功能蛋白，執(zhí)行著諸如電子傳遞、能量轉(zhuǎn)換、離子吸收、信號轉(zhuǎn)導等重要生理功能。,,在光合作用研究中,卡爾文(M.C

8、alvin)于50年代利用14C示蹤和紙上層析兩種技術(shù)，揭示了光合作用中CO2 同化的歷程,提出了著名的卡爾文循環(huán)，即“光合碳循環(huán)”；60年代以后，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了C4類型、景天科酸代謝(CAM)和光呼吸作用；由于快速熒光光譜技術(shù)和激光技術(shù)的應(yīng)用,將光合作用原初反應(yīng)研究的時間跨度從毫秒級(ms,10-3s)一直縮短為皮秒(ps,10-12s)和飛秒(fs,10-15s)級；在空間跨度上，電子顯微鏡和X-射線衍射技術(shù)的應(yīng)用，使人們的視野逐步從細胞水平深入到亞細胞水平，進而深入到生物膜和生物大分子空間三維結(jié)構(gòu)的水平，分辨率達到1010m(1/10nm)級，弄清了光合膜上許多功能性色素蛋白復合體的三維立

9、體結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)與功能的研究推向了微觀世界。,卡爾文及其同時用來研究光合藻類CO2固定的儀器裝置,,,,,在植物生長發(fā)育生理方面，成功地使植物組織、細胞和原生質(zhì)體在離體培養(yǎng)條件下通過脫分化和再分化成長為新的植物個體。這一成就的重大意義不但在于證明了植物細胞的“全能性”，而且為植物細胞工程和基因工程的大力發(fā)展創(chuàng)造了條件。自40年代至50年代末相繼發(fā)現(xiàn)了植物光周期現(xiàn)象和控制光周期現(xiàn)象的色素蛋白復合體光敏色素(phytochrome)，目前已知受光敏色素控制的生理過程不下幾十種。,,,關(guān)于植物生長物質(zhì)的研究，從30年代首次確定生長素的分子結(jié)構(gòu)以來，已陸續(xù)確定了5種公認的植物激素和10余種內(nèi)源生長物質(zhì)，植物激素的測定方法則由最初的生物鑒定法發(fā)展到現(xiàn)在的高效液相色譜技術(shù)(HPLC)和酶聯(lián)免疫技術(shù)(ELISA)，后者的靈敏度可達到1012g。,,GA處理顯著促進植株莖的伸長生長,,,返回,三、植物生理學與農(nóng)業(yè)生產(chǎn),（一）作物產(chǎn)量形成與高產(chǎn)理論 （二）環(huán)境生理與作物抗逆性 （三）設(shè)施農(nóng)業(yè)中的作物生理學 （四）植物生理學與育種學相結(jié)合作 物生理育種,